金属键发表评论(0)编辑词条

　　金属键是化学键的一种，主要在金属中存在（金属及合金主要以金属键的方式结合，但也会出现金属键与共价键或离子键混合的情况）。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。金属键有金属的很多特性。例如：一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。其强弱通常与金属离子半径成逆相关，与金属内部自由电子密度成正相关（可粗略看成与原子外围电子数成正相关）。

导电性
　　在金属晶体中，充满着自由电子，而自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向移动，因而形成电流，所以金属容易导电。

延展性
　　当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。

金属光泽
　　由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。

　　金属键的能带理论是利用量子力学的观点来说明金属键的形成。因此，能带理论也称为金属键的量子力学模型，它有5个基本观点：
观点一
　　为使金属原子的少数价电子（1、2或3）能够适应高配位数的需要，成键时价电子必须是“离域”的（即不再从属于任何一个特定的原子），所有价电子应该属于整个金属晶格的原子共有。
观点二
　　金属晶格中原子很密集，能组成许多分子轨道，而且相邻的分子轨道能量差很小，可以认为各能级间的能量变化基本上是连续的。
观点三
　　分子轨道所形成的能带，也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子能级发生的重叠，这种能带是属于整个金属晶体的。例如，金属锂中锂原子的1S能级互相重叠形成了金属晶格中的1S能带，等等。每个能带可以包括许多相近的能级，因而每个能带会包括相当大的能量范围，有时可以高达418 kJ/mol。
观点四
　　按原子轨道能级的不同，金属晶体可以有不同的能带（如上述金属锂中的1s能带和2s能带），由已充满电子的原子轨道能级所形成的低能量能带，叫做“满带”；由未充满电子的原子轨道能级所形成的高能量能带，叫做“导带”。这两类能带之间的能量差很大，以致低能带中的电子向高能带跃迁几乎不可能，所以把这两类能级间的能量间隔叫做“禁带”。例如，金属锂（电子层结构为1s22s1）的1s轨道已充满电子，2s轨道未充满电子，1s能带是个满带，2s能带是个导带，二者之间的能量差比较悬殊，它们之间的间隔是个禁带，是电子不能逾越的（即电子不能从1s能带跃迁到2s能带）。但是2S能带中的电子却可以在接受外来能量的情况下，在带内相邻能级中自由运动。
观点五
　　金属中相邻近的能带也可以互相重叠，如铍（电子层结构为1s22s2）的2s轨道已充满电子，2s能带应该是个满带，似乎铍应该是一个非导体。但由于铍的2s能带和空的2p能带能量很接近而可以重叠，2s能带中的电子可以升级进入2p能带运动，于是铍依然是一种有良好导电性的金属，并且具有金属的通性。
　　根据能带理论的观点，金属能带之间的能量差和能带中电子充填的状况决定了物质是导体、非导体还是半导体（即金属、非金属或准金属）。如果物质的所有能带都全满（或最高能带全空），而且能带间的能量间隔很大，这个物质将是一个非导体；如果一种物质的能带是部分被电子充满，或者有空能带且能量间隙很小，能够和相邻（有电子的）能带发生重叠，它是一种导体。半导体的能带结构是满带被电子充满，导带是空的，而禁带的宽度很窄，在一般情况下，由于满带上的电子不能进入导带，因此晶体不导电（尤其在低温下）。由于禁带宽度很窄，在一定条件下，使满带上的电子很容易跃迁到导带上去，使原来空的导带也充填部分电子，同时在满带上也留下空位（通常称为空穴），因此使导带与原来的满带均未充满电子，所以能导电。
　　能带理论也能很好地说明金属的共同物理性质。向金属施以外加电场时，导带中的电子便会在能带内向较高能级跃迁，并沿着外加电场方向通过晶格产生运动，这就说明了金属的导电性。能带中的电子可以吸收光能，并且也能将吸收的能量又发射出来，这就说明了金属的光泽和金属是辐射能的优良反射体。电子也可以传输热能，表明金属有导热性。给金属晶体施加应力时，由于在金属中电子是离域（即不属于任何一个原子而属于金属整体）的，一个地方的金属键被破坏，在另一个地方又可以形成金属键，因此机械加工不会破坏金属结构，而仅能改变金属的外形，这也就是金属有延性、展性、可塑性等共同的机械加工性能的原因。金属原子对于形成能带所提供的不成对价电子越多，金属键就越强，反应在物理性质上熔点和沸点就越高，密度和硬度越大。
　　能带理论对某些问题还难以说明，如某些过渡金属具有高硬度、高熔点等性质，有人认为原子的次外层电子参与形成了部分共价性的金属键。所以说，金属键理论仍在发展中。